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EthernetEditar

HistoriaEditar

Ethernet es probablemente el estándar más popular para las redes de área local (LANs). De acuerdo con el grupo IDC, a fines de 1996 más del 80% de las redes instaladas en el mundo eran Ethernet. Esto representaba unos 120 millones de PCs interconectados. El 20% restante utilizaban otros sistemas como Token-Ring, FDDI ("Fiber Distributed Data Interface") y otros.

En una configuración Ethernet, los equipos están conectados mediante cable coaxial o de par trenzado ("Twisted-pair") y compiten por acceso a la red utilizando un modelo denominado CSMA/CD ("Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection"). Inicialmente podía manejar información a 10 Mb/s, aunque actualmente se han desarrollado estándares mucho más veloces.

Fue desarrollado inicialmente en 1973 por el Dr. Robert M. Metcalfe en el PARC (Palo Alto Research Center) de la compañía Xerox, como un sistema de red denominado Ethernet Experimental. El objetivo era conseguir un medio de comunicación entre computadoras, a medio camino entre las lentas redes telefónicas de larga distancia que ya existían, y las de alta velocidad que se instalaban en las salas de computadoras para unir entre sí sus distintos elementos.

Estos primeros trabajos del PARC contribuyeron substancialmente a la definición de la norma IEEE 802.3, que define el método de acceso CSMA/CD. En 1980 se propuso un estándar Ethernet a 10 Mbps (también conocido como 10Base), cuya especificación fue publicada conjuntamente por Digital Equipment Corporation, Intel y la propia Xerox. Por esta razón las primeras Ethernet eran denominadas DIX ("Digital Intel Xerox"); también "Libro azul", por el color de la primera edición. Los primeros productos comenzaron a comercializarse en 1981.

Nota: Además de las tecnologías a 10 Mbps, se han desarrollado extensiones de la norma que aumentan la velocidad de transmisión: La conocida como 100Base a 100 Mbps; Gigabit Ethernet, a 1000 Mbps, y 10 Gigabit Ethernet [[1 1]].

A partir de 1982, Ethernet fue gradualmente adoptada por la mayoría de los organismos de estandarización:

  • ECMA European Computer Manufacturers Association
  • IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
  • NIST National Institute of Standards and Technology
  • ANSI American National Standards Institute
  • ISO International Standards Organization

Desde entonces Ethernet se ha convertido en la tecnología LAN más popular. Existen millones y millones de conexiones en el mundo. Aunque comenzó a utilizarse en ambientes de ingeniería y de fabricación, se expandió rápidamente a los mercados comercial y gubernamental. La segunda generación de Ethernet, que se usa actualmente, es Ethernet II, aunque este nombre se usa ráramente.

Otros organismos que tienen gran influencia en el establecimiento de normas para la industria de redes y telecomunicaciones son:

  • EIA ("Electronic Industries Alliance") Asociación de Industrial Electrónicas
  • TIA ("Telecommunications Industry Association") Asociación de las industrias de telecomunicaciones.

Estas dos asociaciones editan normas de forma conjunta, que se conocen como normas TIA/EIA; son las de mayor influencia en el diseño e instalación de redes.

Tecnología EthernetEditar

Los estándares Ethernet no necesitan especificar todos los aspectos y funciones necesarios en un Sistema Operativo de Red NOS ("Network Operating System"). Como ocurre con otros estándares de red, la especificación Ethernet se refiere solamente a las dos primeras capas del modelo OSI ("Open Systems Interconnection" H12.2). Estas son lacapa física (el cableado y las interfaces físicas), y la de enlace, que proporciona direccionamiento local; detección de errores, y controla el acceso a la capa física. Una vez conocidas estas especificaciones el fabricante del adaptador está en condiciones de que su producto se integre en una red sin problemas. También es de su incumbencia proporcionar los controladores ("Drivers") de bajo nivel adecuados para cada Sistema Operativo que debe utilizar el adaptador.

La capa físicaEditar

Los elementos que constituyen la capa física de Ethernet son de dos tipos: Activos y Pasivos. Los primeros generan y/o modifican señales, los segundos simplemente la transmiten. Son los siguientes:

Pasivos:

  • Cables
  • Jacks / Conectores
  • Patch panels

Activos:

  • Transceptores
  • Repetidores
  • Repetidores multipuerto (Hubs).
  • Arquitectura (estructura lógica)
  • La arquitectura Ethernet puede definirse como una red de conmutación de paquetes de acceso múltiple (medio compartido) y difusión amplia ("Broadcast"), que utiliza un medio pasivo y sin ningún control central. Proporciona detección de errores, pero no corrección. El acceso al medio (de transmisión) está gobernado desde las propias estaciones mediante un esquema de arbitraje estadístico.

Los paquetes de datos transmitidos alcanzan a todas las estaciones (difusión amplia), siendo cada estación responsable de reconocer la dirección contenida en cada paquete y aceptar los que sean dirigidos a ella [[3 3]].

Ethernet realiza varias funciones que incluyen empaquetado y desempaquetado de los datagramas; manejo del enlace; codificación y decodificación de datos, y acceso al canal. El manejador del enlace es responsable de vigilar el mecanismo de colisiones, escuchando hasta que el medio de transmisión está libre antes de iniciar una transmisión (solo un usuario utiliza la transmisión cada vez -Banda base-). El manejo de colisiones se realiza deteniendo la transmisión y esperando un cierto tiempo antes de intentarla de nuevo.

Existe un mecanismo por el que se envían paquetes a intervalos no estándar, lo que evita que otras estaciones puedan comunicar. Es lo que se denomina captura del canal.

Datagramas EthernetEditar

El formato de los paquetes PDUs ("Protocol Data Units") puede verse en la figura adjunta [[4 4]]; un datagrama Ethernet incluye: Un preámbulo; campos de dirección de origen y de destino; tipo de campo; campo de datos, y chequeo de integridad FCS ("Frame Check Sequence").

Nota: En la página adjunta se muestran algunos datos de un datagrama Ethernet tal como es mostrado por un dispositivo de protección ("Firewall") que los analiza para decidir si deben ser transmitidos ( H12.4w2)

El preámbulo: Una serie de 8 octetos que preceden al datagrama en la capa física. Tiene por finalidad permitir que las estaciones receptoras sincronicen sus relojes con el mensaje entrante a fin de que puedan leerlo sin errores. El último de estos bytes se denomina delimitador de comienzo de marco SFD ("Start Frame Delimiter").

Las direcciones de destino y origen son direcciones físicas en el sentido de que se refieren a dispositivos físicos (adaptadores de red) conocidos generalmente como NIC ("Network Interface Card"). Estas direcciones se refieren al NIC que recibirá el datagrama (a quién va dirigido) y al NIC remitente ("Source address"). La dirección de destino es conocida también como dirección del recipiente ("Recipient address"). Es interesante considerar que esta dirección (MAC) de un dispositivo físico (NIC) es en definitiva la dirección "real" de cualquier ordenador en la red. Por ejemplo, aunque el protocolo TCP/IP utiliza un sistema de direcciones lógicas (denominadas direcciones IP), estas direcciones deben ser traducidas a las direcciones MAC de los adaptadores de red a donde van dirigidos los mensajes. Aunque en modo de funcionamiento normal las tarjetas de red se desentienden de aquellos datagramas que no van dirigidos a su propia dirección, es posible utilizar programas que permiten situar una NIC en modo "promiscuo". De forma que sea capaz de escuchar los datagramas que circulan con destino a cualquier dirección MAC, entre ellos tcpdump www.tcpdump.org, una herramienta muy versátil especialmente utilizadas en tareas de seguridad informática que permite capturar los paquetes que circulan por la red incluso mediante un criterio de selección establecido por el usuario. Indicar a este respecto que cada NIC tiene un número de identificación (dirección) de 6 bytes que es único en el mundo y no se repite (algo así como la huella dactilar de una persona); el denominado MAC ("Media Access Control"). Esta dirección está contenida en el hardware de la tarjeta o adaptador de red y no puede/debe ser alterado [[5 5]].

Nota: Los fabricantes de este tipo de tarjetas tienen que solicitar a la IEEE la asignación de un número de 24 bits (3 bytes), que les es remitido, y que sirve para identificar las tarjetas del fabricante a partir de ese momento. Es el OUI ("Organizationally Unique Identifier"), tembién conocido como código de vendedor. A continuación cada fabricante añade a su OUI otros 24 bits, hasta totalizar 48 (6 octetos), en los que se puede incluir cualquier información que se desee, desde datos de fabricación a características de la tarjeta [[2 2]].

Los 6 bytes de los campos de dirección suelen indicarse en formato hexadecimal; algo parecido a: 00-10-A4-01-FF-F1. En la página adjunta se expone con más detalle el procedimiento para obtener la dirección MAC de su tarjeta de red Ethernet ( H12.4.0)

§3.3 El Código de tipo es un número de 16 bits que se utiliza para identificar el tipo de protocolo de alto nivel que está siendo utilizado en la red Ethernet. Señala por tanto el tipo de dato que está siendo transportado en el campo de datos del paquete.

Como resumen, podemos indicar que la cabecera de un datagrama Ethernet tiene 14 bytes repartidos así:  6 B. dirección de origen + 6 B. dirección de destino + 2 B. tipo/longitud.

§3.4 El campo de datos del datagrama puede variar entre un mínimo de 46 y un máximo de 1500 bytes, así que la longitud máxima de un paquete Ethernet es de 1518 bytes, y 64 la mínima.

Nota: Cuando una estación transmite un datagrama mayor que los 1518 bytes permitidos (que equivale a una transmisión de más de 20 milisegundos), ocurre una condición de error denominada Jabber, el datagrama resultante se denomina "Long Frame". Cuando un paquete tiene una longitud menor que la mínima, también es una condición erronea (aunque su FCS sea correcto), y se denomina "Short Frame".

El campo de chequeo de integridad FCS ("Frame Check Sequence") es un valor de 32 bits (4 octetos) que contiene un "checksum" del marco. El remitente realiza un control CRC ("Cyclical Redundancy") de los datos e incluye este valor en este campo. El receptor realiza a su vez el mismo cálculo con los datos recibidos y los compara con el valor del campo FCS del datagrama recibido. Si existe discordancia se solicita el reenvío del paquete erróneo.

Mecanismo de colisionesEditar

El protocolo CSMA/CD ("Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection") utilizado en Ethernet. Se basa en que cuando un equipo DTE ("Data Terminal Equipment") conectado a una LAN desea transmitir, se mantiene a la escucha hasta que ningún equipo está transmitiendo (es la parte CS "Carrier Sense" del protocolo); una vez que la red está en silencio, el equipo envía el primer paquete de información.

Nota: El hecho de que cualquier DTE pueda ganar acceso a la red es la parte MA "Multple Access" del protocolo. El modo Ethernet de tratar las colisiones tiene antecedentes en el protocolo Aloha, desarrollado en la la Universidad de Hawaii para un sistema de comunicaciones entre las islas.

A partir de este momento entra en juego la parte CD ("Collision Detection"), que se encarga de verificar que los paquetes han llegado a su destino sin colisionar con los que pudieran haber sido enviados por otras estaciones por error. En caso de colisión, los DTEs la detectan y suspenden la transmisión; cada DTE esperen un cierto lapso, pseudo aleatorio, antes de reiniciar la transmisión.

Cada segmento de una red Ethernet (entre dos router, bridges o switches) constituye lo que se denomina dominio de tiempo de colisiones o dominio de colisiones Ethernet.

Se supone que cada bit permanece en el dominio un un tiempo máximo ("Slot time") de 25.6 µs (algo más de 25 millonésimas de segundo), lo que significa que en este tiempo debe haber llegado al final del segmento.

Si en este tiempo la señal no ha salido del segmento, puede ocurrir que una segunda estación en la parte del segmento aún no alcanzado por la señal, pueda comenzar a transmitir, puesto que su detección de portadora indica que la línea está libre, dado que la primera señal aún no ha alcanzado a la segunda estación. En este caso ocurre un acceso múltiple MA ("Multiple Access") y la colisión de ambos datagramas es inevitable.